KR20180031942A - 원석 정밀 자동 절삭방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

원석 정밀 자동 절삭방법 및 시스템이 개시된다. 본 원석 정밀 자동 절삭방법은, 가공대상물의 촬영을 통해 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계; 및 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시켜 상기 가공대상물에 대한 절삭을 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

원석 정밀 자동 절삭방법 및 시스템{Ore automatic cutting method and system for fine operation }
본 발명은 원석 정밀 자동 절삭방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보석을 제조하기 위해 사용되는 원석을 자동으로 절삭할 수 있는 원석 정밀 자동 절삭방법 및 시스템에 관한 것이다.
장신구를 포함하는 액세서리 등에 사용되는 보석은 원석의 채취를 포함하는 다양한 공정과정을 통해 액세서리에 사용될 수 있는 크기로 보석이 가공되도록 한다.
이 과정에서 원석이 최종적으로 보석이 되기 위해서는 복잡한 과정을 거치게 되는데, 특히 원석이 일정한 크기로 절삭되기위한 과정에서는 원석이 절삭되어야 하는 크기에 대한 마킹은 물론, 마킹이 완료된 후 원석의 절삭 작업 역시 모두 작업자에 의해 수동으로 진행되고 있다.
그리고 원석의 절삭을 위해 사용되는 절삭도구의 경우에는 위험도가 높아 작업자가 작업을 하는 경우 고도의 집중을 요하고, 작업자에 의해 수동으로 조작됨에 따라 안전사고가 발생할 수 있다는 위험이 존재한다.
특히 원석으로부터 최종적으로 획득될 수 있는 최종부산물의 개수인 수율이 가격경쟁력을 위해 가장 중요한데, 가공대상물의 최종부산물이 작으면 작을 수록 작업자의 숙련도가 중요한 것은 물론, 고가의 원석을 이용하는 작업으로 원석이 파손되거나 손상되면 발생되는 경제적 손실이 커 작업자의 부담감 역시 가중된다는 문제가 있었다.
대한민국등록특허 제0411501호
본 발명의 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 작업자의 숙련도에 좌우받지 않고, 원석의 사용용도를 기반으로 원석의 수율을 향상시켜 많은 수의 원석을 획득할 수 있도록 원석이 디자인되며, 디자인된 원석의 형상을 기준으로 정확한 절삭이 가능하도록 하는 원석 정밀 자동 절삭방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원석 정밀 자동 절삭방법은, 3차원 원석 이미지 생성장치가 가공대상물의 촬영을 통해 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계; 및 자동 절삭 장치가 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시켜 상기 가공대상물에 대한 절삭을 수행하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 절삭공구는 구동부에 의해 상기 가공대상물로 이동되고, 상기 구동부는, 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 획득된 상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 기반으로 3축으로 상기 절삭공구를 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 상기 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시키기 전에 상기 가공대상물의 고정 장치에 표시된 타겟 지점으로의 상기 절삭공구의 이동여부를 판단하여 상기 구동부의 3축 이동과 상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 간의 영점을 조정할 수 있다.
그리고, 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계는, 상기 가공대상물의 복수의 이미지 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하기 위한 원석 템플릿 이미지를 결정하는 단계; 상기 원석 템플릿 이미지에 포함되는 템플릿 원석과 상기 복수의 가공대상물 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물을 매칭하는 단계; 상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 획득하는 단계; 상기 가공대상물의 형태 보정 정보를 획득하는 단계; 및 상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 및 상기 형태 보정 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 형태 보정 정보는, 상기 템플릿 원석의 형태와 상기 가공대상물의 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물의 형태 간의 차이에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원석 템플릿 이미지는, 상기 가공대상물의 종류, 상기 가공대상물의 크기, 상기 가공대상물의 최대 수율, 상기 가공대상물의 사용용도, 상기 가공대상물의 벽개성 유무를 기반으로 결정될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원석 정밀 자동 절삭시스템은, 가공대상물의 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 3차원 원석 이미지 생성 장치; 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 상기 가공대상물에 대한 원석 절삭을 수행 시 상기 가공대상물을 고정하는 고정장치; 및 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시켜 상기 가공대상물에 대한 상기 원석 절삭을 수행하는 자동 절삭 장치;를 포함한다.
여기서 상기 자동 절삭 장치는 구동부를 포함하고, 상기 절삭공구는, 상기 구동부에 의해 상기 가공대상물로 이동되고, 상기 구동부는, 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 획득된 상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 기반으로 3축으로 상기 절삭공구를 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 상기 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시키기 전에 상기 가공대상물의 고정장치에 표시된 타겟 지점으로의 상기 절삭공구의 이동 여부를 판단하여 상기 구동부의 3축 이동과 상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 간의 영점을 조정할 수 있다.
그리고, 상기 3차원 원석 이미지 생성장치는, 상기 가공대상물의 복수의 이미지 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하기 위한 원석 템플릿 이미지를 결정하며, 상기 원석 템플릿 이미지에 포함되는 템플릿 원석과 상기 복수의 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물을 매칭하고, 상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 획득하며, 상기 가공대상물의 형태 보정 정보를 획득하고, 상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 및 상기 형태 보정 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하도록 구현되되, 상기 형태 보정 정보는, 상기 템플릿 원석의 형태와 상기 가공대상물의 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물의 형태 간의 차이에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원석 템플릿 이미지는, 상기 가공대상물의 종류, 상기 가공대상물의 크기, 상기 가공대상물의 최대 수율, 상기 가공대상물의 사용용도, 상기 가공대상물의 벽개성 유무를 기반으로 결정될 수 있다.
이에 의해, 작업자의 숙련도에 좌우받지 않고, 원석의 사용용도를 기반으로 원석의 수율을 향상시켜 많은 수의 원석을 획득할 수 있도록 원석이 디자인되며, 디자인된 원석의 형상을 기준으로 정확한 절삭이 가능하게 되는 것은 물론, 또한, 작업자의 숙련도에 좌우되지 않게 되므로 원석의 손상에 따른 경제손실을 감소시킬 수있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원석 정밀 자동 절삭 방법을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상물의 3차원 원석 이미지의 획득 방법을 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 절삭 장치를 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영점 조절 절차를 나타낸 개념도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭공구를 기반으로 한 원석 절삭 방법을 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 원석 이미지 생성 장치를 나타낸 블록도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 절삭 장치를 나타낸 블록도, 그리고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 획득된 3차원 원석 이미지를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
원석을 가공하기 위해 사용되는 가공에서는 원석을 절삭하는 단계가 필요하다. 현재 원석의 절삭은 작업자의 절삭공구를 통한 절삭기술을 기반으로 수행될 수 있다. 원석 절삭에서는 원석의 수율에 의한 문제점이 발생될 수 있다.
구체적으로 동일한 크기의 원석이라고 하더라도 디자인되는 쥬얼리 제품의 크기에 따라 수율이 달라질 수 있으며, 동일한 크기의 원석이 동일한 수율를 가지더라도 작업자의 기술이 제각각 다르고 사람이 일일이 손으로 원석 절삭을 진행하기 대문이다.
본 발명의 실시예서는 이러한 사람에 의한 원석 절삭 과정의 문제점을 개선한 자동화된 원석 절삭 방법이 개시된다. 자동화된 원석 절삭 방법이 사용되는 경우, 원석의 최대 수율을 확보할 수 있는 것은 물론, 정확한 원석의 절삭이 가능하게 된다. 이뿐만 아니라 원석 절삭에 소요되는 시간이 감소되게 되므로 시간절약이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원석 정밀 자동 절삭 방법을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 원석 절삭을 위한 가공대상물에 대한 3차원 원석 이미지가 획득될 수 있다. 이하 가공대상물에 대한 3차원 이미지를 획득하기 위한 장치는 3차원 원석 이미지 생성장치라는 용어로 표현한다.
3차원 원석 이미지 생성장치는 가공대상물에 대한 3차원 이미지를 다양한 방법으로 생성할 수 있다.
예를 들어, 3차원 원석 이미지 생성 장치는 영상 촬상부(100)를 기반으로 가공대상물인 원석의 여러 부위를 촬상하여 복수의 원석 이미지(120)를 생성한 후, 생성된 복수의 원석 이미지(120)와 원석 템플릿 이미지(130)를 비교하여 가공대상물에 대한 3차원 이미지(3차원 원석 이미지)(140)를 생성할 수 있다.
구체적으로 3차원 원석 이미지 생성장치는 가공대상물인 원석 템플릿 이미지(130)를 기반으로 가공대상물의 종류, 가공대상물의 크기, 가공대상물의 최대수율, 가공대상물의 사용용도, 가공대상물의 벽개성 유무 정보를 획득할 수 있다. 원석 템플릿 이미지(130)는 가공대상물 이미지와의 비교 분석을 위한 3D 템플릿 이미지로서 원석의 종류, 원석의 크기, 사용용도, 원석의 벽개성에 따른 벽개방향에 대한 정보를 포함할 수 있다. 원석 템플릿 이미지(130)와 복수의 원석 이미지(120)를 기반으로 가공대상물인 원석의 종류, 크기, 최대수율, 벽개성에 대한 정보가 획득될 수 있다.
예를 들어, 원석 템플릿 이미지(130)에 포함된 원석의 크기에 대한 정보 및 원석 이미지 정보(120)를 매칭하여 3차원 좌표정보 및 형상 정보 및 가공대상물로부터 획득될 수 있는 원석의 최대 개수인 최대수율에 대한 정보를 획득할 수 있다.
3차원 원석 이미지 생성장치는 획득된 원석의 3차원 좌표정보, 형상정보, 최대수율 정보를 기반으로 3차원 원석 이미지(140)를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 3차원 원석 이미지(140)를 기반으로 자동 절삭 장치를 사용한 원석 절삭이 수행될 수 있다. 그리고 원석 고정 장치는 원석의 위치, 형상을 고려하여 자동 절삭이 수행되는 동안 원석을 고정시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상물의 3차원 원석 이미지의 획득 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2에서는 3차원 원석 이미지 생성 장치의 3차원 원석 이미지 획득 방법이 개시된다.
도 2를 참조하면, 가공대상물의 3차원 원석 이미지를 생성하기 위한 원석 템플릿 이미지를 결정한다(S210).
3차원 원석 이미지 생성 장치에 저장된 원석 템플릿 이미지는 벽개성을 가지는 제1 원석 템플릿 이미지, 벽개성을 가지지 않는 제2 원석 템플릿 이미지를 포함할 수 있다.
벽개성이 존재하는 제1 원석 템플릿 이미지에는 다이아몬드, 에메랄드, 아콰마린, 토파즈, 장석 등이 포함되고, 벽개성이 존재하지 않는 제1 원석 템플릿 이미지에는 루비, 사파이어 등에 대한 3D 템플릿 이미지일 수 있다.
3차원 원석 이미지 생성장치는 복수의 원석 이미지를 기반으로 원석의 벽개성 유무를 판단하여 제1 원석 템플릿 이미지 또는 제2 원석 템플릿 이미지를 기반으로 가공대상물의 3차원 원석 이미지를 생성할 수 있다.
예를 들어 3차원 원석 이미지 생성장치는 복수의 원석 이미지를 기반으로 원석에 벽개성이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 제1 원석 템플릿 이미지를 사용할 수 있다. 반대로 3차원 원석 이미지 생성 장치는 복수의 원석 이미지를 기반으로 원석에 벽개성이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 제2 원석 템플릿 이미지를 사용할 수 있다.
또는 3차원 원석 이미지 생성 장치는 일정한 원석의 크기를 기준으로 실제 가공되어야 하는 원석의 크기가 기준크기보다 크고 작음에 따라 서로 다른 원석 템플릿 이미지를 저장하고, 원석이 사용되어야 하는 쥬얼리 제품에 따라 서로 다른 원석 템플릿 이미지가 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에는 복수의 원석 이미지를 기반으로 가공대상물의 원석 상태와 가장 유사도가 높은 원석 템플릿 이미지를 결정하여 가공대상물의 3차원 원석 이미지를 생성할 수 있다.
이하, 가공대상물인 원석의 크기가 기준크기보다 커서 제1 원석 템플릿 이미지가 사용되는 경우가 가정된다.
템플릿 원석과 가공대상물을 매칭한다(S220).
제1 원석 템플릿 이미지가 사용되는 경우, 제1 원석 템플릿 이미지에 포함되는 원석의 중신을 기준으로 상, 하, 좌, 우 각각과 가공대상물의 복수의 원석 이미지에 포함되는 상, 하, 좌, 우의 전체 원석 각각이 매칭될 수 있다.
원석 템플릿 이미지를 기반으로 매칭된 원석의 3차원 좌표 정보를 획득한다(S230).
매칭된 원석의 위치 정보를 판단하기 위해 복수의 원석 이미지를 기반으로 원석의 일정지점 간의 거리 정보가 획득될 수 있다. 예를 들어, 원석의 최상단 지점과 최하단 지점 간의 거리, 최좌측단 지점과 최우측단 지점 간의 거리, 원석의 중심을 기준으로 최상단 지점에서 대칭되는 지점 간의 거리, 중심을 기준으로 최하단 지점에서 대칭되는 지점 간의 거리, 중심을 기준으로 최좌측단 또는 최우측단 지점에서 대칭되는 지점 간의 거리 등에 대한 정보를 기반으로 원석의 위치 정보가 3차원 좌표로 획득될 수 잇다.
원석 템플릿 이미지를 기반으로 매칭된 가공대상물의 형태 보정 정보를 획득한다(S240).
원석의 형태 정보가 제1 원석 템플릿 이미지에 포함된 형태 정보와 비교되고 제1 원석 템플릿 이미지의 원석의 형태와 실제 가공대상물인 원석의 형태 간의 차이에 대한 정보인 형태 보정 정보가 획득될 수 있다.
3차원 원석 이미지 생성 장치는 원석 각각의 위치 정보 및 형태 보정 정보를 기반으로 제1 원석 템플릿을 보정하여 원석의 3차원 구강 이미지를 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 절삭 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3에서는 자동 절삭 장치로 원석을 고정한 후 절삭 대상 원석에 대한 절삭 작업을 수행하는 자동 절삭 장치가 개시된다.
도 3을 참조하면, 자동 절삭 장치는 절삭공구를 이동 및 구동시켜 원석 절삭을 수행하도록 구현될 수 있다. 자동 절삭 장치는 절삭 대상 원석에 대한 가공대상물 정보(320) 및 3차원 원석 이미지(310)에 대한 정보를 입력받고 절삭 대상 원석에 대한 절삭 작업을 수행할 수 있다.
예를 들어, 자동 절삭 장치는 절삭공구를 3축으로 이동가능하도록 구현된 구동부(330)를 포함할 수 있다. 구동부(330)는 X축, Y축, Z축으로의 절삭공구 이동 및 절삭공구의 회전 등이 가능하도록 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이 3차원 원석 이미지(310)를 기반으로 원석의 위치 정보 및 형태 정보가 획득될 수 있다. 가공대상물 정보(예를 들어, 원석의 절삭 대상면)(320)를 입력하는 경우, 자동 절삭 장치의 구동부(330)는 절삭공구를 절삭 대상 원석에 대응되는 위치로 이동시키고 원석 절삭을 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 절삭공구의 원석 절삭 이전에 영점 조절이 수행될 수 있다. 예를 들어, 절삭공구의 작업지점으로 고정장치의 특정 타겟점이 지정될 수 있다.
이후, 절삭공구가 지정된 고정장치의 특정 타겟점으로 정확하게 이동하여 원석 절삭 작업을 진행하는지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 특정 타겟점과 절삭공구의 작업 수행 지점 사이에 차이가 존재하는 경우, 영점 조절 절차를 통해 입력 지점과 절삭공구의 이동지점 사이의 격차를 감소시켜 영점을 맞출 수 있다.
영점 조절 절차의 진행 후, 원석 자동 절삭 장치는 입력된 절삭 대상면에 대응되는 절삭 대상 원석으로 절삭공구를 이동시킬 수 있다. 절삭 대상 원석으로 이동한 절삭공구는 원석의 절삭을 수행할 수 있다.
자동 절삭 장치는 저장된 3차원 원석 이미지를 기반으로 절삭 대상 원석의 형태 정보를 획득할 수 있고, 절삭 대상 원석의 형태 정보를 고려하여 절삭 대상 원석을 과잉삭제하지 않고 필요한 두께만큼만 원석 절삭을 수행할 수 있다.
그리고, 자동 절삭 장치는 구동부(330)의 이동을 기반으로 절삭공구를 이동시키도록 구현될 수 있다.
구체적으로 자동 절삭 장치의 구동부(330)는, 절삭공구를 고정시키기 위한 절삭공구 고정받침대와 고정장치를 고정시키기 위한 고정장치 받침대를 포함하도록 구성될 수 있으며, 자동 절삭 장치의 구동부(330)는 이러한 절삭공구 고정받침대와 고정장치받침대를 상호 간에 상대적으로 또는 절대적으로 이동시킴으로써 종국적으로 절삭공구가 이동되도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 자동 절삭 장치의 구동부(330)는, 고정장치 받침대가 제1 방향으로 이동가능하도록 마련되는 제1 플레이트 및 제1 방향에 수직되는 제2 방향으로 이동가능하도록 마련되는 제2 플레이트를 포함하도록 구성되고, 절삭공구 고정 받침대가 제1 방향 및 제2 방향에 모두 수직되는 제3 방향으로 이동가능하도록 마련되는 제3 플레이트를 포함하도록 구성된다.
이에 의해, 절삭공구는 3차원 공간 상의 어떠한 위치로도 이동이 가능하게 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영점 조절 절차를 나타낸 개념도이다.
도 4에서는 절삭공구의 원석 절삭 작업 이전에 수행되는 영점 조절 절차가 개시된다.
도 4를 참조하면, 고정장치(410)에는 영점 조절을 위한 특정 타겟 지점(420)이 설정될 수 있다.
자동 절삭 장치에 영점 조절 절차를 위해 특정 타겟 지점(420)의 위치 정보가 입력될 수 있다. 특정 타겟 지점(420)의 위치 정보를 입력받은 자동 절삭 장치는 구동부를 기반으로 절삭공구(400)를 특정 타겟 지점(420)으로 이동시킬 수 있고, 원석 절삭 작업을 수행할 수 있다.
자동 절삭 장치는 원석 절삭 작업을 수행한 절삭 수행 지점과 특정 타겟 지점(420) 사이의 위치 차이에 대한 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어 절삭공구(400)에서 영상 촬상부가 구현될 수 있고, 절삭공구(400)에 구현된 영상 촬상부는 절삭 수행 지점과 특정 타겟 지점(420) 사이의 차이에 대한 정보를 획득하기 위해 특정 타겟 지점(420)과 절삭 수행 지점에 대한 이미지를 촬상할 수 있다.
그리고, 자동 절삭 장치는 특정 타겟 지점(420)과 절삭 수행 지점에 대한 이미지를 분석하여 특정 타겟 지점(420)과 절삭 수행 지점 간의 차이에 대한 정보를 획득하고 획득된 정보를 기반으로 절삭공구(400)의 이동을 위한 영점을 조정할 수 있다.
영점을 조정한 절삭공구(400)는 절삭 대상 원석의 위치 정보를 기반으로 절삭 대상 원석으로 이동될 수 있고, 이후에 절삭 대상 원석으로 이동한 절삭공구(400)는 원석 절삭 작업을 진행할 수 있게 된다.
그리고, 도면에서는 절삭공구(400)의 헤드부분은 특정 타겟 지점(420)의 설명을 위해 회전축만 도시되었으나, 절삭공구(400)에 의해 원석이 절삭되기 위해서절삭공구(400)의 헤드부분에는 절삭휠이 결합되도록 마련된다.
이를 통해 절삭공구(400)의 헤드부에는 회전축과 수직하도록 결합된 절삭휠이 회전축의 회전에 의해 구동되어 절삭공구(400)가 원석의 절삭면에 위치되면 절삭휠의 구동에 의해 원석이 절삭 작업이 수행될 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 절삭공구(400)가 물리적 마찰에 의해 원석을 절삭하는 절삭휠을 사용하는 것으로 상정하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시적 사항에 불과하며, 레이저와 같은 광학적 수단을 사용하는 절삭공구(400)가 사용될 수도 있는 것은 물론이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭공구를 기반으로 한 원석 절삭 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5에서는 원석의 형태 변화에 따라 절삭공구의 영점을 재조정하는 방법이 개시된다.
도 5를 참조하면, 원석 절삭 작업 중 의도치 않은 이벤트 발생에 의해 원석이 이동되거나 절삭작업이 수행되면서 원석의 형상이 변경되는 경우를 고려하여 절삭공구의 영점의 위치가 계속적으로 조정될 수 있다.
절삭공구에 구현된 영상촬상부는 주기적으로 원석의 형상을 촬상하여 촬상된 가공대상물의 원석 이미지(510)를 자동 절삭 장치의 영상분석부(520)로 전송할 수 있다.
자동 절삭 장치의 영상분석부(520)는 절삭공구에 구현된 영상 촬상부에 의해 촬상된 가공대상물의 원석이미지(510)를 분석하여 현재 가공대상물의 3차원 좌표 상의 위치 변화를 탐지하고 절삭 대상 원석의 3차원 좌표 상의 위치를 조정할 수 있다.
예를 들어, 자동 절삭 장치의 영상 분석부(520)는 절삭공구에 구현된 영상 촬상부에 의해 촬상된 가공대상물의 원석 영상을 기반으로 원석의 최상단과 최하단에서 대칭되는 지점간의 거리, 최좌측단과 최우측단에서 대칭되는 지점 간의 거리 등의 변화를 탐지하여 가공대상물의 절삭 대상 원석의 위치의 3차원 좌표 상의 변화를 감지할 수 있다.
예를 들어 원석의 절삭 과정 중 일정한 각도로 왼쪽으로 이동된 경우, 자동 절삭 장치는 절삭공구에 구현된 영상 촬상부에 의해 촬상된 원석 이미지(510)를 기반으로 원석의 움직임으로 인한 원석의 절삭 대상면의 변화를 감지할 수 있다. 자동 절삭 장치는 절삭 대상 원석의 위치의 변화를 고려하여 절삭공구의 위치를 이동시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 원석 이미지 생성 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 3차원 원석 이미지 생성장치는 영상 촬영부(610), 템플릿 이미지 결정부(620), 매핑부(630), 위치정보획득부(640), 형태정보획득부(650), 3차원 원석 이미지 생성부(660) 및 프로세서(670)를 포함할 수 있다.
영상 촬영부(610)는 가공대상물의 3차원 원석 이미지 생성을 위해 가공대상물을 촬상하기 위해 구현될 수 있다. 영상 촬영부(610)는 원석의 최상단, 최하단, 최좌측단, 최우측단 등 가공대상물에 대해 다양한 각도에서의 촬상을 수행하기 위해 구현될 수 있다.
템플릿 이미지 결정부(620)는 가공대상물의 3차원 원석 이미지 생성을 위해 가공대상물의 상태와 가장 유사한 원석 템플릿 이미지를 결정하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 템플릿 이미지 결정부(620)는 가공대상물의 벽개성 유무, 크기, 형상, 최대수율, 사용용도 등을 고려하여 결정될 수 있다.
특히 템플릿 이미지 결정부(620)는 가공되어야 하는 원석의 종류에 따른 벽개성 유무를 입력받거나 판단하여 벽개성 유무에 따른 벽개작업의 수행여부를 판단하도록 한다.
매핑부(630)는 영상 촬영부(610)에 의해 촬상된 원석 이미지와 템플릿 이미지 결정부(620)에 의해 결정된 원석 템플릿 이미지를 기반으로 원석과 템플릿 이미지에 포함된 원석에 대한 매핑을 수행하기 위해 구현될 수 있다.
위치 정보 획득부(620)는 원석에 대한 3차원 좌표 정보를 획득하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 원석 위치 정보 획득부(64)는 원석의 최상단 지점과 최하단 지점에서 대칭되는 지점 간의 거리, 최좌측단 지점과 최우측단 지점에서 대칭되는 지점 간의 거리 등과 같은 원석의 특정 지점간의 거리를 기반으로 원석에 대한 3차원 좌표 정보를 획득하기 위해 구현될 수 있다.
형태 정보 획득부(650)는 원석 템플릿 이미지에 포함되는 원석의 형태 정보와 실제 가공대상물인 원석의 형태 정보 간의 비교를 통해 형태 보정 정보를 생성하기 위해 구현될 수 있다.
3차원 원석 이미지 생성부(660)는 원석에 대한 3차원 좌표 정보 및 형태 보정 정보를 기반으로 가공대상물의 3차원 원석 이미지를 생성하기 위해 구현될 수 있다.
여기서 3차원 원석 이미지라 함은 원석의 절삭이 수행되어 가공대상물이 최종적으로 절삭되어 가공이 완료된 원석의 형상은 물론, 최종적으로 가공이 완료된 원석을 획득하기 위해 우선적으로 절삭된 중간단계의 원석 이미지를 모두 포함한다.
또한, 영상 촬영부(610), 템플릿 이미지 결정부(620), 매핑부(630), 위치 정보 획득부(640), 형태 정보 획득부(650), 3차원 원석 이미지 생성부(660)의 동작은 가공대상물의 크기나 종류 등에 따라 2회 이상 작업을 수행할 수도 있다.
구체적으로, 절삭되어야 하는 가공대상물이 벽개성을 가지는 다이아몬드인 경우를 예로 들면, 다이아몬드 원석의 가공을 위해서는 절삭을 수행하기에 앞서 벽개작업이 수행되어야 한다.
따라서, 영상 촬영부(610)에서 먼저 가공대상물의 영상을 촬영하고, 템플릿 이미지 결정부(620)에서 벽개성을 가지는 이미지 정보를 포함하는 템플릿 이미지가 결정된다. 이후 매핑이 완료된 원석의 3차원 좌표정보와 형태 정보를 기반으로 다이아몬드 원석이 1차적으로 벽개(분할)된 상태의 3차원 원석 이미지를 획득하게 된다.
그리고, 벽개작업이 완료된 다이아몬드원석은 다시 영상 촬영부(610), 템플릿 이미지 결정부(620), 매핑부(630), 위치 정보 획득부(640), 형태 정보 획득부(650), 3차원 원석 이미지 생성부(660)의 구동에 의해 최종적으로 가공이 완료된 상태의 원석 형상에 대한 3차원 원석 이미지를 획득하게 된다.
이 때 템플릿 이미지 결정부(620)는 동일한 가공대상물이더라도 1차로 템플릿 이미지를 결정할 때에는 벽개성을 가지는 제1 템플릿 이미지가 사용되도록 하고, 벽개작업이 완료되어 2차로 템플릿 이미지를 결정할 때에는 벽개성을 가지지 않는 제2 템플릿 이미지가 사용되도록 할 수도 있다.
따라서 이상에서와 같이 2회 이상의 과정을 통해 획득된 3차원 원석 이미지를 기반으로 자동 절삭 장치 역시 2회 이상 가공대상물의 절삭을 수행할 수 있다.
프로세서(670)는 영상 촬영부(610), 템플릿 이미지 결정부(620), 매핑부(630), 위치 정보 획득부(640), 형태 정보 획득부(650), 3차원 원석 이미지 생성부(660)의 동작을 제어하기 위해 구현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 절삭 장치를 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 자동 절삭 장치는 구동부(710), 절삭공구 고정부(720), 초기 영점 조정부(730), 영상 촬영부(740), 위치 변화 판단부(750), 영점 재조정부(760) 및 프로세서(770)를 포함할 수 있다.
구동부(710)는 원석 절삭 작업을 위한 절삭공구의 구동을 위해 구현될 수 있다. 구동부(710)는 3축 운동 및 회전 운동을 수행하여 절삭공구를 절삭 대상 원석으로 이동시키고, 설정된 크기로 절삭공구를 기반으로 한 원석 절삭 작업을 진행하기 위해 구현될 수 있다.
절삭공구 고정부(720)는 원석 절삭 작업을 위한 절삭공구를 고정시키기 위해 구현될 수 있다.
초기 영점 조정부(730)는 원석 절삭 작업을 진행하기 전에 초기의 영점을 조정하기 위해 구현될 수 있다. 초기 영점 조정부(730)는 고정장치에 지정된 특정 타겟점으로 절삭공구가 이동하는지 여부를 기반으로 초기 영점 조정을 수행하기 위해 구현될 수 있다.
영상 촬영부(740)는 원석의 움직임 또는 원석의 형상변화에 대해 판단하기 위해 원석의 영상을 주기적, 비주기적으로 촬영하기 위해 구현될 수 있다.
위치 변화 판단부(750)는, 절삭 작업도중 원석의 위치변화 또는 형상 변화에 대한 정보를 영상 촬영부(740)에 의해 촬영된 영상에 의해 판단하기 위해 구현될 수 있다.
영점 재조정부(760)는 위치 변화 판단부(750)에 의해 판단된 위치의 변화 또는 형상의 변화에 대한 정보를 고려하여 절삭공구의 영점을 새롭게 잡아 절삭공구가 절삭 대상 원석으로 정확하게 이동하여 작업을 진행하도록 하기 위해 구현될 수 있다.
프로세서(770)는 구동부(710), 절삭공구 고정부(720), 초기 영점 조정부(730), 영상 촬영부(740), 위치 변화 판단부(750), 영점 재조정부(760)의 동작을 제어하기 위해 구현될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 획득된 3차원 원석 이미지를 설명하기 위해 제공되는 도면으로, 가공 전의 원석을 바탕으로 최대 수율을 목표로 최종가공된 모습의 제품을 보여주는 모습이다.
또한, 도 8에 도시된 도면은 가공 전 원석을 바탕으로 가공되어야 하는 3차원 원석 이미지 이전에 가공대상물 절단을 위해 결정된 템플릿 이미지일 수도 있다.
구체적으로, 도 8이 결정된 템플릿 이미지인 경우로 설명하면 3차원 원석 이미지 생성장치에 포함된 템플릿 이미지들 중에 가공되어야 하는 원석의 크기, 벽개성 등과 같은 정보를 기반으로 해당 원석과 유사한 성질 또는 크기를 가지는 원석으로부터 도면에 도시된 이미지가 템플릿 이미지로써 결정되고, 결정된 템플릿 이미지를 기반으로 제품의 형상이 함께 보여지는 것이다.
도 8에서는 최종생산되는 제품의 형상으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시적 사항에 불과하며, 벽개성을 가지는 원석의 경우에는 벽개성에 따라 쪼개짐이 발생되는 좌표에 대한 정보 또는 쪼개짐이 발생되는 좌표에 따른 단절면에 대한 정보를 포함할 수도 있다.
여기서 3차원 원석 이미지라 함은 전술한 바와 같이 원석의 절삭이 수행되어 가공대상물이 최종적으로 절삭되어 가공이 완료된 원석의 형상은 물론, 최종적으로 가공이 완료된 원석을 획득하기 위해 우선적으로 절삭된 중간단계의 원석 이미지를 모두 포함한다.
이상에서 개시된 3차원 원석 이미지 생성장치, 고정장치 및 자동 절삭 장치 중 적어도 두 개의 장치가 하나의 자동 절삭 시스템으로 구현될 수도 있고 이러한 실시예 또한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
또한, 설명의 편의상 기능상 3차원 원석 이미지 생성장치, 고정장치 및 자동 절삭 장치로 분리하여 표현되었으나, 3차원 원석 이미지 생성장치, 고정장치 및 자동 절삭 장치의 각각의 기능이 조합되어 다른 형태의 자동 절삭 시스템을 구성하는 하나의 장치로 구현될 수도 있다.
이와 같은 원석 정밀 자동 절삭방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptica disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 3차원 원석 이미지 생성장치가 가공대상물의 촬영을 통해 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계; 및
    자동 절삭 장치가 상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시켜 상기 가공대상물에 대한 절삭을 수행하는 단계;를 포함하는 원석 정밀 자동 절삭방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절삭공구는 구동부에 의해 상기 가공대상물로 이동되고,
    상기 구동부는,
    상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 획득된 상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 기반으로 3축으로 상기 절삭공구를 이동시키는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시키기 전에 상기 가공대상물의 고정 장치에 표시된 타겟 지점으로의 상기 절삭공구의 이동여부를 판단하여 상기 구동부의 3축 이동과 상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 간의 영점을 조정하는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계는,
    상기 가공대상물의 복수의 이미지 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하기 위한 원석 템플릿 이미지를 결정하는 단계;
    상기 원석 템플릿 이미지에 포함되는 템플릿 원석과 상기 복수의 가공대상물 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물을 매칭하는 단계;
    상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 획득하는 단계;
    상기 가공대상물의 형태 보정 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 및 상기 형태 보정 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 형태 보정 정보는,
    상기 템플릿 원석의 형태와 상기 가공대상물의 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물의 형태 간의 차이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원석 템플릿 이미지는,
    상기 가공대상물의 종류, 상기 가공대상물의 크기, 상기 가공대상물의 최대 수율, 상기 가공대상물의 사용용도, 상기 가공대상물의 벽개성 유무를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭방법.
  6. 가공대상물의 3차원 원석 이미지 정보를 생성하는 3차원 원석 이미지 생성 장치;
    상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 상기 가공대상물에 대한 원석 절삭을 수행 시 상기 가공대상물을 고정하는 고정장치; 및
    상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시켜 상기 가공대상물에 대한 상기 원석 절삭을 수행하는 자동 절삭 장치;를 포함하는 원석 정밀 자동 절삭시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자동 절삭 장치는 구동부를 포함하고,
    상기 절삭공구는,
    상기 구동부에 의해 상기 가공대상물로 이동되고,
    상기 구동부는,
    상기 3차원 원석 이미지 정보를 기반으로 획득된 상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 기반으로 3축으로 상기 절삭공구를 이동시키는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 절삭공구를 상기 가공대상물로 이동시키기 전에 상기 가공대상물의 고정장치에 표시된 타겟 지점으로의 상기 절삭공구의 이동 여부를 판단하여 상기 구동부의 3축 이동과 상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 간의 영점을 조정하는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3차원 원석 이미지 생성장치는,
    상기 가공대상물의 복수의 이미지 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하기 위한 원석 템플릿 이미지를 결정하며,
    상기 원석 템플릿 이미지에 포함되는 템플릿 원석과 상기 복수의 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물을 매칭하고,
    상기 가공대상물의 3차원 좌표 정보를 획득하며,
    상기 가공대상물의 형태 보정 정보를 획득하고,
    상기 가공대상물의 상기 3차원 좌표 정보 및 상기 형태 보정 정보를 기반으로 상기 3차원 원석 이미지 정보를 생성하도록 구현되되,
    상기 형태 보정 정보는,
    상기 템플릿 원석의 형태와 상기 가공대상물의 이미지 정보에 포함되는 상기 가공대상물의 형태 간의 차이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원석 템플릿 이미지는,
    상기 가공대상물의 종류, 상기 가공대상물의 크기, 상기 가공대상물의 최대 수율, 상기 가공대상물의 사용용도, 상기 가공대상물의 벽개성 유무를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 원석 정밀 자동 절삭방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102218330B1 (ko) * 2020-12-29 2021-02-22 주식회사 다이아앤코 원석을 100면체로 커팅하여 고경도 다이아몬드 시뮬런트를 제작하는 방법 및 그 장치
KR102493018B1 (ko) * 2021-08-20 2023-01-31 하이시스 주식회사 인공석의 표면을 절삭 가공하기 위한 절삭부가 구비된 로봇 암을 제어하여, 상기 인공석의 표면에 대한 절삭 가공을 가능하게 하는 제어 장치

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KR102218330B1 (ko) * 2020-12-29 2021-02-22 주식회사 다이아앤코 원석을 100면체로 커팅하여 고경도 다이아몬드 시뮬런트를 제작하는 방법 및 그 장치
KR102493018B1 (ko) * 2021-08-20 2023-01-31 하이시스 주식회사 인공석의 표면을 절삭 가공하기 위한 절삭부가 구비된 로봇 암을 제어하여, 상기 인공석의 표면에 대한 절삭 가공을 가능하게 하는 제어 장치

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